Phyllis Logan es famosa principalmente por su papel de la Sra. Hughes en la galardonada serie de televisión Downton Abbey, en las seis temporadas que van de 2010 a 2015, papel por el que ha ganado tres premios del Sindicato de Actores en la categoría de Mejor reparto en serie dramática. En 2019 retomó su papel para la versión cinematográfica de la serie, distribuida por Universal, que se convirtió en un éxito de taquilla.

Otros de sus trabajos televisivos son: Doctor Who, Girlfriends, The Good Karma Hospital, Vera, A Touch of Frost, Testigo silencioso, Spooks (Doble identidad), Heartbeat, Holby City, Los asesinatos de Midsomer y Lovejoy.

Logan debutó en el cine en 1983 con Otro tiempo, otro lugar, por la que ganó el BAFTA a Estrella emergente y fue nominada a Mejor actriz. También ha trabajado en Nativity!, Secretos y mentiras, de Mike Leigh, y Franz Kafka's It's A Wonderful Life, de Peter Capaldi. Entre sus próximas colaboraciones cinematográficas se encuentra The Last Bus, dirigida por Gillies MacKinnon y protagonizada por Timothy Spall.

En el teatro, Logan ha aparecido recientemente en Switzerland, estrenada en el Ustinov Studio de Bath y trasladada al West End de Londres en diciembre de 2018, que marcó su debut en el West End. Otras de sus colaboraciones teatrales son Present Laughter (en el Theatre Royal de Bath), Ricardo III (en el The Crucible de Sheffield), Minor complications (en el teatro Royal Court), Gaucho, Marvin's Room, On the Edge, The Communication Cord y Threads (todas ellas en el teatro Hampstead).